基于剪切式磁流变减振器的车辆侧倾与平顺性协调控制

车辆转向时,由于普通磁流变减振器在低速下无法提供较大的阻尼力,难以有效对车辆进行侧倾控制,针对此问题,设计了一种具有低速大阻尼特性的剪切式磁流变减振器,以提升车辆的抗侧倾性能。对剪切式磁流变减振器的结构和磁场进行设计,并建立剪切式磁流变减振器阻尼力模型;通过Simulink仿真得到该减振器的输出特性曲线,并建立磁流变减振器多项式数学模型;建立车辆六自由度转向-侧倾动力学模型,基于限幅最优控制设计车辆侧倾和平顺性协调控制器,并运用MATLAB软件对磁流变半主动悬架限幅最优控制双移线工况进行动力学仿真。仿真结果表明:当车辆转弯时,相较于常规模式,抗侧倾模式下车身侧倾角和横向载荷转移率显著减小,同时车身加速度、轮胎动载荷及悬架动挠度等参数有一定的改善。研究表明剪切式磁流变减振器能够有效抑制车辆转弯时的车身侧倾,改善车身姿态,同时使车辆保持良好的平顺性,提升了车辆的弯道通行能力,防止车辆侧翻事故发生。研究结果可为磁流变半主动悬架在车辆侧倾控制中的应用提供理论支持。     

考虑作动器动力学的半车主动互联悬架抗侧倾控制研究

为提高车辆的侧倾稳定性及抗侧翻能力,开展了考虑液压作动器动力学特性的主动互联悬架控制研究。首先建立了主动液压互联悬架动力学模型及液体连续方程,然后以车身侧倾角为控制目标,采用backstepping非线性控制方法完成了抗侧倾控制器设计及其稳定性分析,通过构造控制目标跟踪函数使控制系统平稳过渡并追踪期望的侧倾角度。角阶跃转向工况抗侧倾模拟分析表明:所设计的控制系统能使车身侧倾角跟踪期望的角度值,有效控制车身侧倾姿态,降低载荷转移率,提高抗侧倾性能及侧翻极限;同时,主动互联抗侧倾控制还能有效改善悬架动挠度及车轮动载,综合提升车辆性能。     

面向性能需求的动态调节消扭悬架参数匹配与动力学研究

为协调越野车辆抗侧倾性能和通过性能,研究一种新型动态调节消扭悬架系统(DTS)。该系统可提高车辆抗侧倾能力,消除车身的扭转,增强车轮接地性,提高越野性能和安全性。在阐述DTS系统结构和原理的基础上,利用MATLAB建立该系统的动力学模型以及整车14自由度动力学模型;同时提出一种新的悬架参数匹配方法:面向抗侧倾性能和消扭性能需求匹配DTS系统的关键参数;设计蛇形试验、前轮角阶跃输入试验和扭曲路面工况研究装有DTS系统的车辆的动力学性能,并验证参数合理性。结果表明:应用面向性能需求的匹配方法能有效平衡车辆相关性能;该悬架系统能有效减少车辆侧倾角以及消除车身扭转载荷,对车辆越野性和舒适性有一定改善,并且在车辆转向时能增大其不足转向度,提高车辆安全性。     

应用惯容器提升液压互联悬架性能的研究

为进一步改善车辆抗侧倾和抗俯仰的综合性能,将惯容器应用到液压互联悬架中,设计一种含有惯容器的液压互联惯容悬架。建立整车机械-液压耦合动力学模型,应用AMESim搭建模型对车辆抗侧倾与抗俯仰能力以及悬架系统关键参数对车辆性能的影响进行仿真分析。通过仿真分析得：相较于横向稳定杆和普通液压互联悬架,液压互联惯容悬架能够明显提高车辆的抗俯仰和抗侧倾能力,改善车辆操纵稳定性和安全性。液压系统各关键参数对车辆的侧向加速度无明显影响。系统初始油压、马达排量和飞轮转动惯量与车身侧倾角呈负相关,蓄能器初始气体体积与车身侧倾角呈正相关。     

应用惯容器提升液压互联悬架性能的研究

为进一步改善车辆抗侧倾和抗俯仰的综合性能,将惯容器应用到液压互联悬架中,设计一种含有惯容器的液压互联惯容悬架。建立整车机械-液压耦合动力学模型,应用AMESim搭建模型对车辆抗侧倾与抗俯仰能力以及悬架系统关键参数对车辆性能的影响进行仿真分析。通过仿真分析得：相较于横向稳定杆和普通液压互联悬架,液压互联惯容悬架能够明显提高车辆的抗俯仰和抗侧倾能力,改善车辆操纵稳定性和安全性。液压系统各关键参数对车辆的侧向加速度无明显影响。系统初始油压、马达排量和飞轮转动惯量与车身侧倾角呈负相关,蓄能器初始气体体积与车身侧倾角呈正相关。     

罐体横截面形状对液罐车侧倾稳定性影响分析

提出液罐车罐体截面形状设计方法,研究液罐横截面形状对半挂式液罐车侧倾稳定性影响,分析广泛使用的圆形截面液罐、改进的椭圆截面液罐及锥形截面液罐特点。提出两种改进的液罐截面形状,给出液罐中液体晃动产生的侧向力、侧倾力矩准静态条件的计算方法。以6轴半挂式液罐车为例计算液罐车模型的侧翻阈值、变道时横向负载转移及侧倾角响应峰值。基于准静态、动态两类指标分析该半挂式液罐车装载不同截面液罐时侧倾稳定特性。结果表明,两种改进的液罐截面形状可在较大充液比范围内提高液罐车侧倾稳定性。     

基于曲线通过性能的地铁车辆动刚度转臂节点参数优化EI北大核心CSCD

地铁线路小曲线段众多,造成了地铁车辆车轮磨耗严重。当一系转臂定位节点采用考虑频变特性的变刚度转臂定位节点时,可以有效提高车辆的曲线通过性能和稳定性。首先,建立基于变刚度转臂定位节点的地铁车辆动力学模型,并分析其相关频变特性。然后,通过采用Kriging surrogate model-particle swarm optimization(KSM-PSO)算法对于变刚度转臂定位节点参数进行优化,其中以车轮磨耗和车体横向平稳性为优化目标,进一步优化出适合地铁车辆的变刚度模型节点参数。结果表明:采用优化后的参数其临界速度为211.8 km/h,相对于定刚度模型临界速度增大4.1%,优化后节点参数进一步降低了脱轨系数和轮轴横向力。最后,分析优化后参数对于小曲线段车轮磨耗的影响,曲线外侧车轮磨耗减小31.4%,曲线内侧车轮磨耗较优化前减小22.4%。因此,优化后动刚度转臂节点参数能够提升地铁车辆曲线通过性能并减小车轮小曲线上的磨耗。     

具有弹性扭转悬架的非公路车辆平顺性及侧倾稳定性分析

建立了装备弹性扭转悬架的三维非公路车辆模型,研究了不同弹性扭转悬架布置方式下车辆的平顺性及侧倾稳定性。由后轴装备弹性扭转悬架的车辆试验验证了模型的准确性;通过对驾驶室座椅处的振动响应和车身侧倾角响应的分析可知,弹性扭转悬架不仅可提高车辆的平顺性,还能提高其侧倾稳定性;且具有前后弹性扭转悬架的车辆对座椅处各方向的振动抑制效果最好,而仅前轴装有弹性扭转悬架比仅后轴有弹性扭转悬架车辆具有更好的乘坐舒适性;最后对比了载荷变化对不同悬架布置方式下车辆振动响应的影响。结果表明,载荷变化对装备弹性扭转悬架的车辆影响较小。     

钢板弹簧摩擦迟滞特性对汽车平顺性的影响

为分析钢板弹簧摩擦迟滞对汽车平顺性的影响,首先应用改进的Bouc-Wen模型描述钢板弹簧摩擦迟滞特性,应用递归最小二乘法对模型参数进行识别。将板簧的迟滞模型与整车振动模型结合,分析板簧迟滞摩擦对汽车行驶平顺性的影响。研究表明:板簧的迟滞摩擦使后悬架上方车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷的固有频率增加约12%,使车身加速度功率谱幅值提高15.2%,因而降低汽车的平顺性,但使悬架动挠度功率谱幅值减少11.6%;板簧的迟滞摩擦对车桥加速度和车轮动载荷幅值影响不大。     

基于T-S模型的载货车辆动态参数滑模控制

为改善载货车辆极限状态的操纵稳定性和侧翻稳定性,在非线性工作域内进行主动横摆和侧倾力矩的改进型滑模控制,实现载货车辆横摆-侧倾运动的联合控制。利用扇形域建立非线性悬架和轮胎的T-S模型,结合模糊观测器获取悬架和轮胎动态模型参数。基于T-S方法的横摆-侧倾联合控制模型,考虑横向载荷偏移对期望横摆角速度的影响,建立横摆状态和侧倾状态滑模面,设计了改进型滑模方法的动态滑模参数,并对控制系统进行Lyapunov稳定性分析。在Trucksim中采用Sine with Dwell转向输入进行验证,结果表明:结合模糊观测器的T-S方法能够准确模拟模型参数的非线性变化,动态滑模参数具有不同路面摩擦状态的自适应性,结合T-S模型的动态参数滑模方法能显著提高载货车辆极限状态下的稳定性,控制性能优于传统滑模方法。     

基于模糊灰色关联的三轴汽车操纵稳定性分析

为研究三轴汽车各轴主要悬架KC特性对操纵稳定性的影响程度,在考虑三轴汽车轴荷分配和侧倾力矩作用下左、右车轮垂直载荷重新分配的基础上,建立了基于悬架KC特性参数的三轴汽车三自由度动力学模型.并以该模型为基础,采用模糊隶属度余弦值和欧氏距离公式建立三轴汽车悬架KC特性模糊灰色关联分析模型,对影响三轴汽车稳态响应特性的主要悬架KC特性的重要性程度进行了模糊灰色关联度分析.结果表明:车速为15km/h时,对于稳态响应阶段的侧倾角、横摆角速度和侧向加速度,各影响因素模糊灰色关联度排序皆为R4R2R3R1R6R5;对于质心侧偏角,R5(β)R6(β)R1(β)R2(β)R3(β)R4(β).同理可得车速为35km/h和55km/h时各个影响因素模糊灰色关联度排序.从而可以得出:三轴汽车各轴悬架KC特性参数中,前桥侧倾转向特性对稳态响应阶段的侧倾角、横摆角速度、侧向加速度影响最大;中、后桥侧倾转向特性对质心侧偏角影响较大,且两者相差不大.     

主动悬架与EPS集成控制系统操纵稳定性试验

在主动悬架与EPS集成控制系统动力学模型建立、控制策略设计及其仿真计算分析基础上,为进一步验证集成控制系统车辆的抗侧倾能力,进行了车速为50 km/h和60 km/h的蛇行试验,试验结果表明,相对于被动系统,车速为50 km/h时经过集成控制后的侧向加速度峰值和标准差分别下降了21.4 %和15.9 %,车身侧倾角峰值和标准差分别下降了13.4 %和15.1 %,有效提高了车辆转弯时的操纵稳定性能。     

高空作业平台臂架变幅振动特性研究

在现有高空作业平台直臂的变幅振动特性研究中,将臂架简化为一变截面悬臂梁,亦即视变幅油缸、臂架和转台相连的三角部位为刚性区域;这样,势必带来其分析结果的误差。为此,考虑臂架的实际连接和支承情况,将伸缩臂架等效为根部铰支、中间弹性支承且带有集中参数的变截面梁;基于哈密顿原理建立了变幅过程中臂架振动的微分方程,求解得到臂架振动的固有频率和振型,在此基础上结合特解和振型之间的正交性得到希尔伯特空间内臂架振动的状态空间方程,在Matlab/Simulink环境下进行动态仿真,可以得到随着仰角变化,臂架头部的振动响应。结果表明,所得臂架头部的振幅超过常规研究中29%以上,该研究可为高空作业平台振动控制提供更为精确的理论参考。     

基于图解法的三轴车辆操纵稳定性分析

三轴车辆车身长、轴载大、行驶工况复杂,这使得三轴车辆的操纵稳定性相对较差。考虑轮胎侧偏角超过 后,轮胎呈现出较强的非线性特性,分别在线性域和非线性域内对车辆操纵稳定性进行分析。建立整车模型以及线性和非线性轮胎模型;在线性域内,基于根轨迹法研究某三轴车辆结构和状态参数对其操纵稳定性的影响;在非线性域内,基于相平面法分析三轴车辆操纵稳定性与其行驶工况的关系;最后,分析三轴全轮转向车辆的控制机理及其操纵稳定性,为三轴全轮转向车辆的设计和控制提供参考。     

风浪不共线对浮式风机基础动态特性影响研究

旨在研究风载方向和波浪方向不共线对浮式风机基础动态特性影响。以5 MW浮式风机为研究对象,采用等效载荷法模拟空气动力载荷,建立浮式风机系统耦合动力学模型,研究风浪呈0°、30°、60°和90°夹角工况时,浮式风机基础动态特性变化。结果表明:风浪不共线对浮式平台纵荡和横荡运动平衡位置影响很大,对垂荡运动响应影响很小。随着风浪夹角增大,横摇和艏摇运动振荡范围增大,纵摇运动振荡范围减小。风浪不共线使得系泊系统张力响应变化明显,张力变化趋势与平台运动及系泊布置有关。     

轮轨磨耗状态下悬挂参数失效对车辆动力学性能影响

为了研究悬挂参数失效对车辆系统动力学性能的影响,建立高速车辆系统动力学模型和悬挂参数失效模型,针对新轮轨、磨耗后轮轨进行轮轨接触几何关系和动力学仿真计算,分析当悬挂参数正常工作和失效时,车辆动力学性能的变化。结果表明：与新轮轨相比,轮轨磨耗状态下的等效锥度、滚动圆半径差和左右轮轨接触角度差变大;轮轨磨耗造成蛇行失稳临界速度下降,运行平稳性和曲线通过能力变差;悬挂系统失效方式不同,对车辆系统动力学的性能和车体的动态响应影响程度不同;车辆的悬挂参数优化应考虑轮轨磨耗的影响。     

自动化生产线用同步带传动升降机的动态特性分析

传统升降机多采用链传动和钢丝绳传动的方式,存在占用空间大、运行平稳性差、噪声大和维修保养量大等问题。以显示器自动化生产线的功能需求为背景,根据其工艺要求,设计了一种采用同步带传动的具有换向移载装置和横向移载功能的多进多出型升降机。在此基础上,基于多体动力学理论构建了升降机刚柔耦合模型,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件对升降机的动态特性进行仿真分析,对同步带传动系统和载货台的运行稳定性进行研究。结果表明：所设计的同步带传动机构能够满足显示器自动化生产线多进多出的功能需求,且运行平稳性较好;载货台的位置累积误差小于7 mm,运行速度误差小于1%,可以获得较高的定位精度;导向装置在传动过程中能抵消负载力矩,使传动平稳,保证了配重和载货台在升降过程中的稳定性。研究结果为同步带传动升降机在自动化生产线中的良好应用提供了一定的理论参考依据。     

基于重叠网格法的飞机水上降落水动力砰击载荷研究

为分析飞机在水上降落过程中的砰击载荷及运动规律,基于数值模拟研究NACA TN2929飞机水上降落过程,考查飞机的初始速度、初始仰角对降落过程的影响。求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)模拟飞机与水的相互作用,采用VOF方法捕捉自由面,采用重叠网格技术及DFBI模型模拟飞机与流体的耦合运动。通过计算楔形体和圆锥体自由入水过程验证模型的可靠性,通过网格和时间步长的收敛性分析确定合适的网格和时间步大小,与实验结果对比确定计算结果的正确性。模拟飞机以不同初始速度与不同仰角的着水过程,分析飞机底部压力的变化规律,研究飞机初始速度、初始仰角对砰击载荷及运动姿态的影响规律。数值计算结果表明飞机在入水0.2 s左右砰击载荷会达到峰值,载荷峰值与飞机着水的速度的平方线性相关;飞机机身底部压力峰值出现在水面与机身的正向交界处;飞机初始仰角增加,砰击载荷峰值会有所减小。